Neues CAM-System kürzt Produktionszeiten für führenden Pharmahersteller Merck um 50%

Success story

Die Einführung eines neuen CAM-Systems hat es der Merck KGaA ermöglicht, die zur Entwicklung, Programmierung und Bearbeitung von Teilen erforderliche Zeit um 50% zu reduzieren und dabei gleichzeitig die Komplexität der Teile zu erhöhen.

Die nahtlose Schnittstelle zwischen CAD und CAM hat die zur Herstellung von Teilen benötigte Zeit drastisch reduziert.
Achim Goettmann, CAD/CAM-Programmierer für Merck, Merck KGaA

Das in Darmstadt ansässige chemisch-pharmazeutische Unternehmen programmierte die Teile früher direkt an der CNC-Maschine in der Produktionshalle. Diese Methode erforderte einen hohen Zeitaufwand und Teile mit 3D-Konturen waren gar nicht programmierbar. So musste vieles in teurer Auftragsarbeit an externe Lieferanten vergeben werden. Nach der Umstellung auf ein 3D-CAD-System (Computer Aided Design) vor mehreren Jahren entschied sich das Unternehmen, in ein neues CAM-System zu investieren, das sich sehr gut in das bestehende CAD-System integrieren ließ und außerdem die Möglichkeit bietet, über eine KnowledgeBase Engine™ automatisch für ein bestimmtes Werkstück das beste Bearbeitungswerkzeug auszuwählen. „Die zur Programmierung erforderliche Zeit wurde so deutlich reduziert, dass die normalerweise benötigte Teileproduktionszeit um die Hälfte gekürzt werden konnte“, sagte Achim Goettmann, CAD/CAM-Programmierer für Merck. „Genauso wichtig ist aber auch, dass wir unsere Kosten wesentlich gesenkt haben, weil wir jetzt jedes Teil, das von unseren Produktionsbetrieben gebraucht wird, im eigenen Hause herstellen können“.

Im Pharmabereich konzentriert sich Merck KGaA auf die Geschäftsfelder Originalpräparate, Generika und freiverkäufliche Arzneien und Heilmittel. Das Segment Originalpräparate, zu denen patentierte, vom Unternehmen selbst entwickelte oder lizenzierte Arzneimittel gehören, umfasst Herz-/Kreislaufmittel, Medikamente zur Behandlung von Stoffwechsel-Krankheiten und Schilddrüsen-Erkrankungen, Kortikosteroide, Antibiotika und Antiallergika. Zu dieser Produktlinie gehören außerdem Psychopharmaka und Schmerzmittel, Präparate zur Behandlung von Erkrankungen des Magen-Darm-Traktes sowie Arzneimittel zur Behandlung von Durchfall- und Wurmerkrankungen. Im Bereich Vitamine und Mineralien bietet Merck eine Produktlinie mit internationalen Marken wie Cebion®, Multibionta®, Omnibionta®, Haliborange® und Sangobion®, BION®3, Nasivin®, Ilvico®, Sedalmerck® und Ergix®, Seven Seas® und Médiflore. Aufgrund seiner Fähigkeit, diese Medikamente schnell auf den Markt zu bringen, ist Merck in vielen Ländern einer der größten Lieferanten in der allgemeinen Arzneimittelindustrie. Merck besitzt 192 Betriebsunternehmen in 55 Ländern und Produktionsstätten an 60 Standorten in 27 Ländern.

Eine durch die Anwendung von ESPRIT und Solid Edge gelöste Aufgabe war die Konstruktion und Herstellung eines Spezialgerätes zur visuellen Kontrolle von Pillen.

Aufgaben werden immer komplexer

In der riesigen Produktionseinrichtung von Merck in Darmstadt sind Tausende von Produktionsmaschinen mit ca. 5000 Pumpen, annähernd 240 Zentrifugen und vielen anderen Subsystemen untergebracht. Zur Lieferung von Neu- und Ersatzteilen für Spezialmaschinen, die intern entwickelt und gebaut werden, beschäftigt das Unternehmen sechs verschiedene Metallbearbeitungsgruppen. Diese Metallverarbeitungsbereiche sind auch für die Herstellung von Teilen verantwortlich, die zur Wartung der Anlage erforderlich sind, wie z. B. Aufzüge und Klimaregelsysteme. In den letzten fünf Jahren hat sich das Arbeitsfeld in diesen Bereichen jedoch wesentlich geändert. Heute besteht der Hauptanteil der anfallenden Arbeiten aus Entwicklung und Herstellung von Befestigungen und Teilen für Spezialmaschinen, während die Produktion von Ersatzteilen bedeutend zurückgegangen ist. Dieser Trend hat die Komplexität der vom Unternehmen produzierten Teile enorm erhöht. Um diese Entwicklung in den Griff zu bekommen, fing man bei Merck vor ca. drei Jahren damit an, Teile als Raummodelle auf einem neu angeschafften Solid Edge CAD-System zu konstruieren. Durch diese Umstellung auf ein 3D-System konnte die Geometrie von komplizierten 3D-Komponenten zwar viel besser definiert werden, aber der Engpass in der NC-Programmierung verhinderte die Produktion von Teilen mit mehr als nur ganz einfachen Konturen. Dadurch wurde die Vergabe von immer mehr Teilebearbeitung an externe Zulieferer erforderlich, und das zu einem Preis, der bedeutend höher lag als die Bearbeitung im eigenen Hause.

Die Produktionsmanager bei Merck erkannten, dass die unzureichende Effizienz in der CNC-Programmierung zu einem großen Problem wurde. Sie untersuchten eine Reihe von verschiedenen CAM-Systemen und wählten dann ESPRIT von DP Technology, in erster Linie deshalb, weil es sich am besten in das bestehende CAD-System Solid Edge integrieren ließ. DP Technology bietet auf Tastendruck die Übertragung von Teilemodellen aus Solid Edge in das CAM-System ESPRIT. Durch diese Übertragung per Tastendruck werden Übersetzung und neutrales Dateiformat mit potentiellem Datenverlust und zusätzlichem Zeitaufwand für Korrekturen überflüssig. Ein weiterer Aspekt für die Entscheidung war die assoziative Verknüpfung von ESPRIT mit dem CAD-System, die es dem CAM-System ermöglicht, Teilemerkmale wie Löcher, Taschen, Nuten usw. samt ihren Attributen wie Höhe, Tiefe und Arbeitsebenen-Ausrichtung zu lesen. Das CAM-System ESPRIT erkennt die CAD-Attribute automatisch und erstellt ebenso automatisch den zur Bearbeitung erforderlichen Werkzeug-Pfad. Das spart Zeit und beseitigt die potentiellen Fehler einer manuellen Eingabe. Der ESPRIT Engineering Change Manager schließlich ermöglicht es dem Programmierer, anhand von neuen oder geänderten Geometriedaten einen bereits definierten Werkzeug-Pfad automatisch zu aktualisieren.

Bildschirm eines in Solid Edge konstruierten Teils.

Rationalisierung der Programmierung

„Die Umstellung auf ESPRIT hat die CNC-Programmierung enorm rationalisiert“, sagte Goettmann. „Programmierer rufen jetzt einfach das CAD-Modell auf und übertragen das Teilemodell mit einem Tastendruck auf ESPRIT. Da beide Programme denselben Parasolid-Modeling-Kernel haben, kommen alle Daten unversehrt bei ESPRIT an. Das CAM-System erkennt sogar in den Raummodellen enthaltene Merkmale und stellt Daten wie Durchmesser und Tiefe von Löchern, die gebohrt werden müssen, automatisch ein. Durch die Erstellung von Werkzeug-Bibliotheken in ESPRIT, die alle von uns regelmäßig verwendeten Schneidwerkzeuge enthalten und Sync-Listen zur Definition von Bearbeitungsparametern, konnten wir noch mehr Zeit einsparen. Mit dem ESPRIT Process Manager definieren wir auch regelmäßig benötigte Bearbeitungsserien, die dann einfach in neue Programme eingefügt werden können. Wir verwenden den ESPRIT Property Browser zur genauen Untersuchung unserer Modelle und um sicherzustellen, dass ein Durchmesser oder Winkel auch richtig ist. Als Fazit könnte man sagen, dass die Aufgabe des Programmierers sich geändert hat, und zwar von der manuellen und zeilenweisen Eingabe von Code – und der Hoffnung, keine Fehler dabei gemacht zu haben – zur Überwachung von Computerergebnissen und zum Fällen von Entscheidungen, wie ein Teil am besten zu bearbeiten ist“.

Goettman gibt ein typisches Beispiel für ein Teil, das die Firma in der Vergangenheit nicht selbst hätte produzieren können und das mit den neuen Methoden zu einer einfachen Aufgabe geworden ist. Das Teil, eine Pillenkontrolle, wird zur Präsentation von Pillen in verschiedenen Winkeln verwendet, damit diese visuell geprüft werden können. Die Rillen, in denen die Pillen rollen, sind sehr komplizierte 3D-Konturen. Das Teil wird erregt und die daraus resultierenden Vibrationen bewegen die Pillen entlang der Nuten. In der Mitte der Rillen ist eine spezielle Form, die die Pillen automatisch von einer Seite auf die andere umkippt. Der mittlere Abschnitt hat eine von Größe und Form der zu untersuchenden Pillen bestimmte, einzigartige Form. Die Erstellung des CNC-Programms für dieses Teil war die erste Aufgabe, die mit ESPRIT erledigt und nach der entschieden werden sollte, ob das CAM-System die richtige Wahl ist. „Trotz seiner komplexen Geometrie war dieses Teil ganz leicht zu programmieren“, sagte er. „Wir konstruierten das Teil im CAD-System und übertrugen die Geometrie per Tastendruck nach ESPRIT. Das CAM-System erkannte die Standardmerkmale wie Löcher und Naben. Danach definierte ich die Konturnuten als Werkzeug-Pfade. Das Konstruieren und Programmieren des ganzen Teils dauerte nur einen einzigen Tag. Wir richteten die Arbeit zur unbeaufsichtigten Ausführung über Nacht auf einem Bearbeitungszentrum ein und am nächsten Morgen hatten wir einwandfreie Teile“.

Das entsprechende Teil (siehe oben) während der NC-Programmierung in ESPRIT. Hier sehen Sie die integrierte NC-Simulation von ESPRIT.

Beispiel für Zeiteinsparung

Ein anderes interessantes und kompliziertes Teil, das mit dem neuen CAM-System programmiert wurde, ist eine sogenannte Auswurfkammer. Die Auswurfkammer hat viele Löcher und Zylinder, über die ein Neurotransmitter in Scheiben aus organischem Material ausgeworfen werden kann. „Wir hätten das Programm für dieses Teil auf einer Maschinensteuerung erstellen können, aber die Definition der Bearbeitungsparameter für jedes Loch und jeden Zylinder hätte sehr lange gedauert“, meinte Goettman. “Als wir aber die Datei in ESPRIT eingelesen haben, hat die Software alle Merkmale erkannt und automatisch die Bearbeitungsparameter eingerichtet. Dadurch konnten wir das Teil in 16 Stunden konstruieren, programmieren und bearbeiten – das ist etwa die Hälfte der Zeit, die wir mit den alten Methoden benötigt hätten“.

Abschließend sagte Goettman, die Umstellung auf ESPRIT habe dem Unternehmen dabei geholfen, die Effizienz seiner Produktionsbetriebe wesentlich zu verbessern. „Die nahtlose Schnittstelle zwischen CAD und CAM hat die zur Herstellung von Teilen benötigte Zeit drastisch reduziert“, erklärte er. „Da die Komplexität von Teilen für die Produktion außerhalb von Merck jetzt kein Kriterium mehr ist, konnten wir die Auftragsvergabekosten deutlich verringern. Und weil wir komplizierte Arbeiten intern abwickeln, haben wir zudem Missverständnisse und potentielle Verwirrung zwischen Konstruktion und Produktion reduziert. Von unseren internen Kunden hatten wir zu unseren Verbesserungen ausschließlich positive Rückmeldungen. Die erweiterten Fähigkeiten unserer Produktionsbetriebe haben dazu geführt, dass sie Produktionsspezialisten für andere Unternehmensbereiche geworden sind und das hat dazu beigetragen, ihre Rentabilität zu steigern. Einer unserer großen Erfolgsfaktoren ist die laufende Verbesserung des ESPRIT CAM-Systems und die klassenbeste Beratung und Unterstützung, die wir vom ESPRIT-Händler, der CamCenter-GmbH, erhalten.

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